(57)【要約】【課題】優れた静電耐圧特性を有し、信頼性が向上したＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法を提供すること。【解決手段】基板上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる、ｎ型層、活性層およびｐ型層をこの順序で有するＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法において、ｎ型層の成長途中および／または成長後、活性層の成長前に半導体の成長速度を低下させることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる、ｎ型層、活性層およびｐ型層をこの順序で有するＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法において、ｎ型層の成長途中および／または成長後、活性層の成長前に半導体の成長速度を低下させることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項２】
低下された成長速度が１μｍ／時未満である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項３】
半導体の成長が中断されている（低下された成長速度が０である）請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項４】
中断中の雰囲気が窒素源とキャリアガスからなる請求項３に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項５】
ｎ型層がｎコンタクト層およびｎクラッド層を含んでおり、該ｎクラッド層がＩｎを含んでいる請求項１〜４のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項６】
ｎクラッド層の成長前に半導体の成長速度を低下させる請求項５に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項７】
ｎコンタクト層の成長後、ｎクラッド層の成長前に半導体の成長を中断させる請求項６に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項８】
成長速度を低下させる時間が３０秒以上４時間以下である請求項１〜７のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項９】
半導体の成長速度を低下させた低成長速度層の膜厚が１００ｎｍ以下である請求項１〜８のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
成長速度が低下されている間の基板温度が低下直前のｎ型層の成長時の基板温度以上である請求項１〜９のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
成長速度が低下されている間の基板温度が９００〜１４００℃である請求項１〜１０のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１２】
キャリアガスが水素含有ガスである請求項１〜１１のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１３】
窒素源の流量が１〜２０リットル／分である請求項１〜１２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の製造方法によって製造されたＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【請求項１５】
請求項１４に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子のｎ型層に負極が、ｐ型層に正極がそれぞれ設けられているＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオード、レーザーダイオードおよび受光素子等に利用される信頼性に優れたＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族窒化物半導体は直接遷移型バンドギャップ構造を持ち、そのギャップエネルギーは可視光から紫外光領域に相当する。この性質を利用して、現在では青・青緑色のＬＥＤ、紫外ＬＥＤおよび蛍光物質と組みあせた白色ＬＥＤなどの発光用の素子に実用化されている。
【０００３】
窒化物単結晶はそれ自体では独立して成長させることが困難とされている。これは構成物質の窒素の乖離圧が高く、引き上げ成長法などでは窒素を固定しておくことができないためというのがその理由である。
【０００４】
そのため、ＩＩＩ族窒化物半導体の製造は、一般に有機金属気相法（ＭＯＣＶＤ法）が採用されている。この方法は反応空間内に、加熱可能な冶具上に単結晶基板をセットして、その基板表面へ原料ガスを供給して、基板上に窒化物半導体単結晶のエピタキシャル膜を成長させる手法である。この時の単結晶基板としては、サファイアおよび炭化珪素（ＳｉＣ）等が用いられる。しかし、これら単結晶基板上に窒化物半導体単結晶を直接成長させても、基板結晶と窒化物単結晶の結晶格子ミスマッチが存在するため、これに起因した結晶欠陥が窒化物単結晶層内に多数発生してしまい、結晶性が良好なエピタキシャル膜を得ることはできない。そのため、良好なエピタキシャル膜を得るために、基板とエピタキシャル膜の間に、結晶欠陥の発生を抑える機能をもたせた緩衝層に相当するものを成長させる方法がいくつか提案されている。
【０００５】
代表的なものとして、４００〜６００℃の温度で基板上に有機金属原料と窒素源を同時に供給して低温バッファ層と呼ばれる層を堆積させ、その後温度を上昇させて低温バッファ層の結晶化と呼ばれる熱処理を行ない、しかる後に目的とするＩＩＩ族窒化物半導体単結晶をエピタキシャル成長させる方法がある（特許文献１参照）。また、基板表面にＩＩＩ族金属の微粒子を堆積させる第一工程、窒素源を含む雰囲気中で該微粒子を窒化する第二工程および窒化された該微粒子上に目的とするＩＩＩ族窒化物半導体単結晶を成長させる第三工程を具備する方法も知られている（特許文献２参照）。これらの方法の出現により、結晶性のある程度良好なＩＩＩ族窒化物半導体単結晶が得られるようになった。
【０００６】
また、半導体素子の一層の性能向上を目指して、活性層の結晶性の向上や活性層の膜厚の均一化を目的として、活性層の成長途中や成長後に半導体層の成長を中断することが提案されている（例えば、特許文献３および特許文献４参照）。
【０００７】
ところで、半導体発光素子にとって、発光波長、定格電流下での順方向電圧ならびに発光強度、および素子としての信頼性が重要である。信頼性を判断するひとつの指標として静電耐圧特性があり、近年、電子業界はこの静電耐圧特性の優れた半導体素子を望むようになってきた。
【０００８】
【特許文献１】特開平２−２２９４７６号公報
【特許文献２】国際公開第０２／１７３６９号パンフレット
【特許文献３】特開２００１−５７４４２号公報
【特許文献４】特開２００３−２１８０３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、優れた静電耐圧特性を有し、信頼性が向上したＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は以下の発明を提供する。
（１）基板上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる、ｎ型層、活性層およびｐ型層をこの順序で有するＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法において、ｎ型層の成長途中および／または成長後、活性層の成長前に半導体の成長速度を低下させることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【００１１】
（２）低下された成長速度が１μｍ／時未満である上記１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【００１２】
（３）半導体の成長が中断されている（低下された成長速度が０である）上記２項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【００１３】
（４）中断中の雰囲気が窒素源とキャリアガスからなる上記３項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【００１４】
（５）ｎ型層がｎコンタクト層およびｎクラッド層を含んでおり、該ｎクラッド層がＩｎを含んでいる上記１〜４項のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【００１５】
（６）ｎクラッド層の成長前に半導体の成長速度を低下させる上記５項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【００１６】
（７）ｎコンタクト層の成長後、ｎクラッド層の成長前に半導体の成長を中断させる上記６項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【００１７】
（８）成長速度を低下させる時間が３０秒以上４時間以下である上記１〜７項のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【００１８】
（９）半導体の成長速度を低下させた低成長速度層の膜厚が１００ｎｍ以下である上記１〜８項のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【００１９】
（１０）成長速度が低下されている間の基板温度が低下直前のｎ型層の成長時の基板温度以上である上記１〜９項のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【００２０】
（１１）成長速度が低下されている間の基板温度が９００〜１４００℃である上記１〜１０項のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【００２１】
（１２）キャリアガスが水素含有ガスである上記１〜１１項のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【００２２】
（１３）窒素源の流量が１〜２０リットル／分である上記１〜１２項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子の製造方法。
【００２３】
（１４）上記１〜１３項のいずれか一項に記載の製造方法によって製造されたＩＩＩ族窒化物半導体素子。
【００２４】
（１５）上記１４項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体素子のｎ型層に負極が、ｐ型層に正極がそれぞれ設けられているＩＩＩ族窒化物半導体発光素子。
【発明の効果】
【００２５】
ＩＩＩ族窒化物半導体素子を製造する際に、ｎ型層の成長途中および／または成長後、活性層の成長前に半導体の成長速度を低下させることを骨子とする本発明によれば、優れた静電耐圧特性を有し、信頼性が向上したＩＩＩ族窒化物半導体素子が得られる。
【００２６】
ｎ型層の成長途中および／または成長後、活性層の成長前に半導体の成長速度を低下させることによって静電耐圧特性が改良される理由は定かではないが、半導体の成長速度を低下させることによりそれまでに形成されたｎ型層の表面が平坦化されて、それ以降成長させる半導体層の結晶性が改善されることが予想される。しかし、本発明はこの理由に限定されるものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子としては、図１に示されるような、基板１上にバッファ層２、ｎ型層３、活性層４およびｐ型層５が順次結晶成長されて、活性層４およびｐ型層５の一部がエッチング除去されてｎ型層３が露出されており、残されたｐ型層５上に正極１０が、露出されたｎ型層３上に負極２０がそれぞれ形成されている構造が周知である。本発明の製造方法はこのような構造のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子に何ら制限なく用いることができる。
【００２８】
基板としては、サファイア単結晶（Ａｌ2Ｏ3；Ａ面、Ｃ面、Ｍ面、Ｒ面）、スピネル単結晶（ＭｇＡｌ2Ｏ4）、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ2単結晶、ＬｉＧａＯ2単結晶、ＭｇＯ単結晶などの酸化物単結晶、Ｓｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＡｌＮ単結晶、ＧａＮ単結晶およびＺｒＢ2などのホウ化物単結晶などの基板材料が周知である。本発明においても、これら周知の基板材料を含めて、如何なる基板材料も何ら制限なく用いることができる。これらの中でもサファイア単結晶およびＳｉＣ単結晶が好ましい。なお、基板の面方位は特に限定されない。また、ジャスト基板でも良いしオフ角を付与した基板であっても良い。
【００２９】
基板上に、通常、前述の特許文献１および２に開示されたようなバッファ層を介して、ＩＩＩ族窒化物半導体からなるｎ型層、活性層およびｐ型層が積層される。使用する基板やエピタキシャル層の成長条件によっては、バッファ層の不要な場合がある。
【００３０】
ＩＩＩ族窒化物半導体としては、例えば一般式ＡｌXＧａYＩｎZＮ1-AＭA（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦Ａ＜１である。）で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体が多数知られており、本発明においても、それら周知のＩＩＩ族窒化物半導体を含めて一般式ＡｌXＧａYＩｎZＮ1-AＭA（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１で且つ、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１。記号Ｍは窒素（Ｎ）とは別の第Ｖ族元素を表し、０≦Ａ＜１である。）で表わされるＩＩＩ族窒化物半導体を何ら制限なく用いることができる。
【００３１】
ＩＩＩ族窒化物半導体は、Ａｌ、ＧａおよびＩｎ以外に他のＩＩＩ族元素を含有することができ、必要に応じてＧｅ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｐ、ＡｓおよびＢなどの元素を含有することもできる。さらに、意識的に添加した元素に限らず、成膜条件等に依存して必然的に含まれる不純物、並びに原料、反応管材質に含まれる微量不純物を含む場合もある。
【００３２】
ＩＩＩ族窒化物半導体の成長方法は特に限定されず、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、などＩＩＩ族窒化物半導体を成長させることが知られている全ての方法を適用できる。好ましい成長方法としては、膜厚制御性、量産性の観点からＭＯＣＶＤ法である。ＭＯＣＶＤ法では、キャリアガスとして水素（Ｈ2）または窒素（Ｎ2）、ＩＩＩ族原料であるＧａ源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、Ａｌ源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）、Ｉｎ源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）またはトリエチルインジウム（ＴＥＩ）、Ｖ族原料であるＮ源としてアンモニア（ＮＨ3）、ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）などが用いられる。また、ドーパントとしては、ｎ型にはＳｉ原料としてモノシラン（ＳｉＨ4）またはジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）を、Ｇｅ原料としてゲルマンガス（ＧｅＨ4）や、テトラメチルゲルマニウム（（ＣＨ3）4Ｇｅ）やテトラエチルゲルマニウム（（Ｃ2Ｈ5）4Ｇｅ）等の有機ゲルマニウム化合物を利用できる。ＭＢＥ法では、元素状のゲルマニウムもドーピング源として利用できる。ｐ型にはＭｇ原料としては例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（ＥｔＣｐ2Ｍｇ）を用いる。
【００３３】
ｎ型層は、通常、下地層、ｎコンタクト層およびｎクラッド層から構成される。ｎコンタクト層は下地層および／またはｎクラッド層を兼ねることができる。下地層はＡｌXＧａ1―XＮ層（０≦ｘ≦１、好ましくは０≦ｘ≦０．５、さらに好ましくは０≦ｘ≦０．１）から構成されることが好ましい。その膜厚は０．１μｍ以上、好ましくは０．５μｍ以上、さらに好ましくは１μｍ以上である。この膜厚以上にした方が結晶性の良好なＡｌXＧａ1―XＮ層が得られやすい。
【００３４】
下地層にはｎ型不純物を１×１０17〜１×１０19／ｃｍ3の範囲内であればドープしても良いが、アンドープ（＜１×１０17／ｃｍ3）の方が良好な結晶性の維持という点で好ましい。ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅである。
【００３５】
下地層を成長させる際の成長温度は、８００〜１２００℃が好ましく、さらに好ましくは１０００〜１２００℃の範囲に調整する。この成長温度範囲内で成長させれば結晶性の良いものが得られる。また、ＭＯＣＶＤ成長炉内の圧力は１５〜４０ｋＰａに調整する。
【００３６】
ｎコンタクト層としては、下地層と同様にＡｌXＧａ1―XＮ層（０≦ｘ≦１、好ましくは０≦ｘ≦０．５、さらに好ましくは０≦ｘ≦０．１）から構成されることが好ましい。ｎ型不純物がドープされていることが好ましく、ｎ型不純物を１×１０17〜１×１０19／ｃｍ3、好ましくは１×１０18〜１×１０19／ｃｍ3の濃度で含有すると、負極との良好なオーミック接触の維持、クラック発生の抑制、良好な結晶性の維持の点で好ましい。ｎ型不純物としては、特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、ＧｅおよびＳｎ等が挙げられ、好ましくはＳｉおよびＧｅである。成長温度は下地層と同様である。
【００３７】
下地層とｎコンタクト層を構成するＩＩＩ族窒化物半導体は同一組成であることが好ましく、その合計の膜厚を１〜２０μｍ、好ましくは２〜１５μｍ、さらに好ましくは３〜１２μｍの範囲に設定することが好ましい。膜厚がこの範囲にあると、半導体の結晶性が良好に維持される。
【００３８】
ｎコンタクト層と活性層との間に、ｎクラッド層を設けることが好ましい。ｎコンタクト層の最表面に生じた平坦性の悪化を埋めることできるからである。ｎクラッド層はＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮなどで形成することが可能である。これらの構造のヘテロ接合や複数回積層した超格子構造としてもよい。ＧａＩｎＮとする場合には、活性層のＧａＩｎＮのバンドギャップよりも大きくすることが望ましいことは言うまでもない。
【００３９】
ｎクラッド層の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは０．００５〜０．５μｍであり、より好ましくは０．００５〜０．１μｍである。ｎクラッド層のｎ型ドープ濃度は１×１０17〜１×１０20／ｃｍ3が好ましく、より好ましくは１×１０18〜１×１０19／ｃｍ3である。ドープ濃度がこの範囲であると、良好な結晶性の維持および素子の動作電圧低減の点で好ましい。
【００４０】
このｎ型層の成長途中またはｎ型層の成長後で活性層の成長前に半導体の成長速度を低下させる。成長速度の低下は複数回行なってもよい。また、成長速度の低下は下地層、ｎコンタクト層およびｎクラッド層のいずれで行なってもよい。ｎクラッド層がＩｎを含む場合は、成長速度が低下されている間の基板温度を高くすると、ｎクラッド層中のＩｎが成長速度の低下中に分解昇華する可能性があるので、成長速度の低下はｎコンタクト層の成長途中または成長後でｎクラッド層の成長前に行なうことが好ましい。
【００４１】
低下された成長速度は１μｍ／時未満が好ましい。１μｍ／時以上では、表面平坦性向上の効果が得られない。さらに好ましくは０．７μｍ／時以下であり、特に好ましくは０．５μｍ／時以下である。なお、本発明において、低下された成長速度は０である場合を含む。低下された成長速度が０であっても、本発明の効果は得られる。この場合は、半導体の成長速度の低下は、半導体の成長中断を意味する。むしろ、成長速度を０とし、半導体の成長を中断した方が優れた静電耐圧特性が得られる。
【００４２】
成長速度を低下させる方法は、どのような方法を用いても良い。例えば、ＩＩＩ族原料を減量する、成長温度を過度に上昇させる、キャリアガス流量を大きくするなどである。中でも、ＩＩＩ族原料を減らすことによって行なうことが好ましい。窒素源も同時に減量してもよいが、窒素源を減量するとそれまでに成長した半導体が分解する恐れがある。従って、成長速度の低下中も窒素源をある程度以上供給し続けることが好ましい。窒素源、例えばＮＨ3の流量は１〜２０リットル／分が好ましい。１リットル／分以下ではそれまでに成長した半導体が分解する恐れがある。２０リットル／分を超えて大きくしても、効果上の差は小さく、コストが増大するのみである。さらに好ましくは、３〜１８リットル／分であり、特に好ましくは５〜１５リットル／分である。キャリアガスに対する流量比としては、１よりも小さいことが好ましく、２／３よりも小さいことがさらに好ましく、１／２よりも小さいことが特に好ましい。
【００４３】
同様に、成長中断はＩＩＩ族原料の供給停止によって行なうことが好ましい。窒素源も同時に停止してもよいが、窒素源を停止するとそれまでに成長した半導体が分解する恐れがある。従って、成長中断中も窒素源を供給し続けることが好ましい。窒素源、例えばＮＨ3の流量は上述したとおりである。
【００４４】
キャリアガスはｎ型層の通常の成長時と同じく、Ｈ2とＮ2との混合ガスが好ましい。Ｈ2リッチ、即ち、Ｈ2のＮ2に対する流量比は１よりも大きいことが、形成される半導体の結晶性が向上するので好ましい。Ｈ2のＮ2に対する流量比が１．５よりも大きいとさらに好ましく、２よりも大きいと特に好ましい。
【００４５】
要するに、半導体の成長速度の低下は、キャリアガスおよび窒素源はそのまま流し続け、ＩＩＩ族原料の減量によって行なうことが好ましい。
【００４６】
成長速度が低下されている間の基板温度は、低下直前のｎ型層成長中の基板温度以上に保つことが好ましい。直前のｎ型層成長中の基板温度より低いと、静電耐圧特性向上の効果が小さくなる。成長速度が低下されている間の基板温度としては、９００〜１４００℃が好ましい。９００℃より低いと、静電耐圧特性向上の効果が小さくなる。１４００℃より高い場合は、それまでに成長した半導体層の結晶性が悪くなったり、表面平坦性が悪くなる。表面平坦性の悪化は、その上に積層した半導体層の結晶性の悪化を招く。
【００４７】
半導体の成長速度を低下させた低成長速度層の膜厚は１００ｎｍ以下が好ましい。１００ｎｍを越えて行なっても、生産性が悪くなるだけで、静電耐圧特性のさらなる向上はあまり望めない。さらに好ましくは７５ｎｍ以下であり、特に好ましくは５０ｎｍ以下である。なお、上述した如く、本発明は低下された成長速度が０の場合を含んでおり、その場合は低成長速度層の膜厚は０となる。
【００４８】
半導体の成長速度を低下させている時間は３０秒〜４時間が好ましい。３０秒未満では静電耐圧特性向上の効果が小さくなる。４時間を越えて行なっても、生産性が悪くなるだけで、静電耐圧特性のさらなる向上はあまり望めない。さらに好ましくは５分から１時間３０分であり、特に好ましくは１５分から１時間である。
【００４９】
ｎ型層上に積層される活性層としては、ＩＩＩ族窒化物半導体、好ましくはＧａ1-sＩｎsＮ（０＜ｓ＜０．４）のＩＩＩ族窒化物半導体からなる活性層が本発明では通常用いられる。活性層の膜厚としては、特に限定されないが、量子効果の得られる程度の膜厚、即ち臨界膜厚が挙げられ、例えば好ましくは１〜１０ｎｍであり、より好ましくは２〜６ｎｍである。膜厚が上記範囲であると発光出力の点で好ましい。また、活性層は、上記のような単一量子井戸（ＳＱＷ）構造の他に、上記Ｇａ1-sＩｎsＮを井戸層として、この井戸層よりバンドギャップエネルギーが大きいＡｌcＧａ1-cＮ（０≦ｃ＜０．３かつｂ＞ｃ）障壁層とからなる多重量子井戸（ＭＱＷ）構造としてもよい。また、井戸層および障壁層には、不純物をドープしてもよい。
【００５０】
ＡｌcＧａ1-cＮ障璧層の成長温度は７００℃以上の温度が好ましく、さらに好ましくは８００〜１１００℃で成長させると結晶性が良好になるため好ましい。ＧａＩｎＮ井戸層は６００〜９００℃、好ましくは７００〜９００℃で成長させる。すなわちＭＱＷの結晶性を良好にするためには層間で成長温度を変化させることが好ましい。
【００５１】
ｐ型層は、通常、ｐクラッド層およびｐコンタクト層から構成される。しかし、ｐコンタクト層がｐクラッド層を兼ねてもよい。ｐクラッド層としては、活性層のバンドギャップエネルギーより大きくなる組成であり、活性層へのキャリアの閉じ込めができるものであれば特に限定されないが、好ましくは、ＡｌdＧａ1-dＮ（０＜ｄ≦０．４、好ましくは０．１≦ｄ≦０．３）のものが挙げられる。ｐクラッド層が、このようなＡｌＧａＮからなると、活性層へのキャリアの閉じ込めの点で好ましい。ｐクラッド層の膜厚は、特に限定されないが、好ましくは１〜４００ｎｍであり、より好ましくは５〜１００ｎｍである。ｐクラッド層のｐ型ドープ濃度は、１×１０18〜１×１０21／ｃｍ3が好ましく、より好ましくは１×１０19〜１×１０20／ｃｍ3である。ｐ型ドープ濃度が上記範囲であると、結晶性を低下させることなく良好なｐ型結晶が得られる。
【００５２】
ｐコンタクト層としては、少なくともＡｌeＧａ1-eＮ（０≦ｅ＜０．５、好ましくは０≦ｅ≦０．２、より好ましくは０≦ｅ≦０．１）を含んでなるＩＩＩ族窒化物半導体層である。Ａｌ組成が上記範囲であると、良好な結晶性の維持および正極との良好なオーミック接触の点で好ましい。ｐ型ドーパントを１×１０18〜１×１０21／ｃｍ3の濃度で、好ましくは５×１０19〜５×１０20／ｃｍ3の濃度で含有していると、良好なオーミック接触の維持、クラック発生の防止、良好な結晶性の維持の点で好ましい。ｐ型不純物としては、特に限定されないが、例えば好ましくはＭｇが挙げられる。膜厚は、特に限定されないが、０．０１〜０．５μｍが好ましく、より好ましくは０．０５〜０．２μｍである。膜厚がこの範囲であると、発光出力の点で好ましい。
【００５３】
ｎコンタクト層およびｐコンタクト層にはそれぞれ負極および正極をこの技術分野でよく知られた慣用の手段で設ける。それぞれの構造も従来公知の構造を含めて如何なる構造のものも何ら制限なく用いることができる。
【００５４】
本発明のＩＩＩ族窒化物半導体素子は優れた静電耐圧特性を有するので、この素子から発光素子や受光素子を作製する際の収率が向上する。また、この技術によって作製したチップを組み込んだ携帯電話、ディスプレイおよびパネル類などの電子機器や、その電子機器を組み込んだ自動車、コンピュータおよびゲーム機などの信頼性も向上する。
【実施例】
【００５５】
以下に実施例および比較例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこの実施例にのみ限定されるものではない。
【００５６】
（実施例１）
図２は、本実施例で作製したＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の積層構造を模式的に示した図である。
【００５７】
サファイアからなる基板１上にＩＩＩ族窒化物半導体を積層した構造体は、一般的な減圧ＭＯＣＶＤ手段を利用して以下の手順で形成した。先ず、（０００１）−サファイア基板１を、高周波（ＲＦ）誘導加熱式ヒータで成膜温度に加熱される半導体用高純度グラファイト製のサセプタ上に載置した。載置後、ステンレス鋼製の気相成長反応炉内に窒素ガスを流通し、炉内をパージした。
【００５８】
気相成長反応炉内に、窒素ガスを８分間に亘って流通させた後、誘導加熱式ヒータを作動させ、基板１の温度を、１０分間で室温から６００℃に昇温した。基板１の温度を６００℃に保ったまま、水素ガスと窒素ガスを流通させて、気相成長反応炉内の圧力を１．５×１０4パスカル（Ｐａ）とした。この温度及び圧力下で２分間、放置して、基板１の表面をサーマルクリーニングした。サーマルクリーニングの終了後、気相成長反応炉内への窒素ガスの供給を停止した。水素ガスの供給は継続させた。
【００５９】
その後、水素雰囲気中で、基板１の温度を１１２０℃に昇温させた。１１２０℃で温度が安定したのを確認した後、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）の蒸気を随伴する水素ガスを８分３０秒間、気相成長反応炉内へ供給した。これにより、気相成長反応炉の内壁に以前より付着していた窒素を含む堆積沈着物の分解により生じる窒素原子と反応させて、サファイア基板１上に、厚さ数ｎｍの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）薄膜からなるバッファ層２を付着させた。ＴＭＡの蒸気を随伴する水素ガスの気相成長反応炉内への供給を停止しＡｌＮの成長を終了させた後、４分間待機し、気相成長炉内に残ったＴＭＡを完全に排出した。
【００６０】
続いて、アンモニア（ＮＨ3）ガスを気相成長反応炉内に１５リットル／分で供給し、４分が経過した後、アンモニアガスの流通を続けながら、サセプタの温度を１０４０℃に降温した。サセプタの温度が１０４０℃になったのを確認した後、暫時、温度が安定するのを待ち、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）の気相成長反応炉内への供給を開始し、アンドープのＧａＮからなる下地層３ａを１時間に亘って成長させた。下地層３ａの層厚は２μｍとした。この時のキャリアガスとしてはＨ2およびＮ2を用い、Ｈ2のＮ2に対する流量比は５であり、総流量は４０リットル／分であった。
【００６１】
次に、基板温度を１１２０℃に上昇し、温度が安定させたところで、テトラメチルゲルマニウム（（ＣＨ3）4Ｇｅ）を１８秒間流通、その後１８秒間流通を停止した。このサイクルを１００回繰り返し、厚さ２．０μｍのＧｅ濃度が周期的に変化するＧｅ原子高濃度層とＧｅ原子低濃度層が交互に積層されたＧｅドープＧａＮからなるｎコンタクト層３ｂを形成した。ｎコンタクト層全体での平均キャリア濃度は５×１０18ｃｍ-3であった。
【００６２】
ｎコンタクト層３ｂの成長終了後、ＴＭＧおよび（ＣＨ3）4Ｇｅの気相成長反応炉内への供給量を減量するのみで、成長温度、キャリアガス流量、アンモニア流量は変化させずに０．０６μｍ／時の成長速度で３０分間、つまり厚さ３０ｎｍの、半導体の成長速度を低下させた低成長速度層３ｂ’を成長させた。
【００６３】
低成長速度層３ｂ’の成長終了後、７５０℃で、アンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎからなるｎクラッド層３ｃを積層した。このｎクラッド層３ｃは、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）をガリウム源とし、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）をインジウム源として成長させ、層厚は１８ｎｍとした。
【００６４】
次に、基板１の温度を７３０℃として、ＧａＮからなる６層の障壁層４ａと、Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎからなる５層の井戸層４ｂとを含む５周期構造の多重量子井戸構造の活性層４をｎクラッド層３ｃ上に設けた。多重量子井戸構造の活性層４にあっては、先ず、障壁層４ａをｎクラッド層３ｃに接合させて設けた。
【００６５】
ＧａＮからなる障壁層４ａは、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）をガリウム源として成長させた。層厚は８ｎｍとし、アンドープとした。Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎからなる井戸層４ｂは、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）をガリウム源とし、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）をインジウム源として成長させた。層厚は、２．５ｎｍとし、アンドープとした。
【００６６】
多重量子井戸構造からなる活性層４上には、マグネシウム（Ｍｇ）をドーピングしたＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎからなるｐクラッド層５ｃを形成した。層厚は１０ｎｍとした。ｐクラッド層５ｃ上には、更に、ＭｇをドーピングしたＧａＮからなるｐコンタクト層５ｂを形成した。Ｍｇのドーピング源には、ビスーシクロペンタジエニルＭｇを用いた。Ｍｇは、ｐコンタクト層５ｂの正孔濃度が８×１０17ｃｍ-3となる様に添加した。ｐコンタクト層５ｂの層厚は１７０ｎｍとした。
【００６７】
ｐコンタクト層５ｂの成長を終了した後、誘導加熱式ヒータへの通電を停止して、基板１の温度を、室温迄、約２０分間で降温した。降温中は、気相成長反応炉内の雰囲気を窒素のみから構成した。基板１の温度が室温まで降温したのを確認して、積層構造体を気相成長反応炉より外部へ取り出した。この時点で、上記のｐコンタクト層５ｂは、ｐ型キャリア（Ｍｇ）を電気的に活性化するためのアニール処理を行わなくても、既に、ｐ型の伝導性を示した。
【００６８】
次いで、公知のフォトリソグラフィー技術及び一般的なドライエッチング技術を利用して、負極２０を形成する予定の領域に限り、ｎコンタクト層３ｂのＧｅ原子高濃度層を露出させた。露出させたＧｅ原子高濃度層の表面に、チタンおよび金を積層した（半導体側がチタン）負極２０を形成した。残置した積層構造体の表面をなすｐコンタクト層５ｂの表面の全域には、一般的な真空蒸着手段、及び公知のフォトリソグラフィー手段等を利用して、半導体側から順に、ニッケルおよび金を積層させた正極１０を形成した。
【００６９】
然る後、３５０μｍ角の正方形のＬＥＤチップに切断し、リードフレーム上に載置し、金導線をリードフレームに結線して、リードフレームよりＬＥＤチップへ素子駆動電流を流せる様にした。
【００７０】
リードフレームを介して正極１０および負極２０間に順方向に素子駆動電流を流した。順方向電流を２０ｍＡとした際の順方向電圧は３．５Ｖであった。また、２０ｍＡの順方向電流を流した際の出射される青色帯発光の中心波長は４６０ｎｍであった。また、一般的な積分球を使用して測定される発光の強度は、５ｍＷに達し、高い強度の発光をもたらすＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が得られた。
【００７１】
また、得られた発光素子の静電耐圧測定（ＥＳＤ）をヒュウマンボディモデル（ＨＢモデル）によって行なった結果、面内２０点中２０点全てが２０００Ｖ以上であった。  
【００７２】
（実施例２）
ｎコンタクト層３ｂの成長終了後、ＴＭＧおよび（ＣＨ3）4Ｇｅの気相成長反応炉内への供給を完全に停止して、成長温度、キャリアガス流量、アンモニア流量は変化させずに３０分間の半導体の成長中断を行なったことを除いて、実施例１と同様にＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を作成した。従って、本実施例では低成長速度層３ｂ’は存在していない。
【００７３】
得られた発光素子を実施例１と同様に評価したところ、順方向電流を２０ｍＡとした際の順方向電圧は３．５Ｖであった。また、２０ｍＡの順方向電流を流した際の出射される青色帯発光の中心波長は４６０ｎｍであった。また、一般的な積分球を使用して測定される発光の強度は、５ｍＷに達し、高い強度の発光をもたらすＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が得られた。また、静電耐圧測定（ＥＳＤ）においては、２０００Ｖ以上示したのは面内２０点中２０点であった。
【００７４】
（実施例３）
ｎコンタクト層３ｂの総厚の１／２を成長させた後、即ち、テトラメチルゲルマニウム（（ＣＨ3）4Ｇｅ）を１８秒間流通、その後１８秒間流通を停止するというサイクルを５０回繰り返した後、ＴＭＧおよび（ＣＨ3）4Ｇｅの気相成長反応炉内への供給を完全に停止して、成長温度、キャリアガス流量、アンモニア流量は変化させずに３０分間の半導体の成長中断を行なったことを除いて、実施例２と同様にＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を作成した。即ち、本実施例では、ｎコンタクト層３ｂの成長中と成長直後の２回、半導体層の成長中断を行なった。
【００７５】
得られた発光素子を実施例１と同様に評価したところ、順方向電流を２０ｍＡとした際の順方向電圧は３．５Ｖであった。また、２０ｍＡの順方向電流を流した際の出射される青色帯発光の中心波長は４６０ｎｍであった。また、一般的な積分球を使用して測定される発光の強度は、５．２ｍＷに達し、高い強度の発光をもたらすＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が得られた。また、静電耐圧測定（ＥＳＤ）においては、２０００Ｖ以上示したのは面内２０点中２０点であった。
【００７６】
（比較例）
ｎコンタクト層３ｂの成長終了後、すぐに基板温度を７５０℃に下げ、ｎクラッド層３ｃの成長を行なったことを除いて、実施例１と同様にＩＩＩ族窒化物半導体発光素子を作製した。
【００７７】
得られた発光素子を実施例１と同様に評価したところ、順方向電流を２０ｍＡとした際の順方向電圧は３．５Ｖであった。また、２０ｍＡの順方向電流を流した際の出射される青色帯発光の中心波長は４６０ｎｍであった。また、一般的な積分球を使用して測定される発光の強度は、５ｍＷに達し、高い強度の発光をもたらすＩＩＩ族窒化物半導体発光素子が得られた。しかし、静電耐圧測定（ＥＳＤ）においては、２０００Ｖ以上示したのは面内２０点中３点のみであった。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明のＩＩＩ族窒化物半導体素子は、発光ダイオードおよびレーザーダイオード等の発光素子ならびに受光素子等に利用すると静電耐圧特性に優れた安定なデバイスを実現することが可能となり、その産業上の利用価値は非常に大きい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】一般的なＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の断面を模式的に示した図である。
【図２】実施例１で作製した本発明のＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の断面を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００８０】
１    基板
２    バッファ層
３    ｎ型層
４    活性層
５    ｐ型層
１０    正極
２０    負極
【図１】
2006344930.tif 000002
【図２】
2006344930.tif 000003